Ответы на госы 2011 по предмету релейная защита и автоматика

Подождите немного. Документ загружается.

Шпаргалка для студентов специальности «Электроснабжение», готовящихся

сдать государственный экзамен по курсу "Релейная защита и автоматика

систем электроснабжения промышленных предприятий"

1. Основные требования, предъявляемые к устройствам РЗА..............................................2

2. Защиты с относительной и абсолютной селективностью. Ближнее и дальнее

резервирование защит. ..................................................................................................................3

3. Схемы соединения трансформаторов тока (ТТ) и реле. ТТ в установившихся и

переходных режимах.....................................................................................................................4

4. Фильтры симметричных составляющих (ФСС) тока и напряжения................................5

5. Источники оперативного тока для РЗА...............................................................................6

6. Классификация реле и общие принципы их построения. .................................................7

7. Токовые отсечки без выдержки и с выдержкой времени для защиты ЛЭП.

Максимальная токовая защита ЛЭП............................................................................................8

8. Токовые направленные защиты ЛЭП..................................................................................9

9. Токовые и токовые направленные защиты нулевой последовательности в сетях с

заземленной нейтралью ЛЭП. ....................................................................................................10

10. Защита линий от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной и

компенсированной нейтралью ЛЭП. .........................................................................................11

11. Дистанционные защиты ЛЭП. Определение места повреждения на ЛЭП................12

12. Продольная и поперечная дифференциальная защиты ЛЭП. Продольная

высокочастотная дифференциально-фазная защита ЛЭП.......................................................13

13. Защита электрических сетей напряжением до 1000 В.................................................14

14. Токовые защиты шин. Дифференциальная защита шин. ............................................15

15. Виды повреждений и ненормальных режимов трансформаторов. Соотношения

токов при КЗ за трансформаторами...........................................................................................16

16. Токовые защиты силовых трансформаторов. ...............................................................17

17. Газовая защита трансформатора. ...................................................................................18

18. Дифференциальная токовая защита силовых трансформаторов. ...............................19

19. Виды повреждений и ненормальных режимов синхронных и асинхронных

двигателей. ...................................................................................................................................20

20. Токовая отсечка двигателя. Продольная дифференциальная защита двигателя. .....21

21. Защита электродвигателя от перегрузки. Защита от понижения напряжения

двигателя.

.....................................................................................................................................22

22. Защита электродвигателя от замыканий обмотки статора на корпус. .......................23

23. Защита электродвигателя от несимметричного режима и обрыва фазы. ..................24

24. Защита электродвигателей напряжением до 1000 В....................................................25

25. Продольная и поперечная дифференциальные защиты генератора...........................26

26. Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) синхронных генераторов ......27

27. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности. ....................28

28. Автоматическое повторное включение (АПВ) электрооборудования.......................29

29. Автоматическое включение резерва (АВР). .................................................................30

30. Автоматическая частотная нагрузка (АЧР). .................................................................31

1. Основные требования, предъявляемые к устройствам РЗА.

1. Селективность (избирательность) ― высшее свойство РЗ, обеспечивающее

отключение при коротком замыкании (КЗ) только поврежденного элемента системы с

помощью выключателей. Селективность не исключает срабатывание резервной защиты

при повреждении на смежном участке и отказе на нем основной защиты. Иногда

допускают неселективное действие защит при исправлении ее действия автоматикой.

Оценка селективности защит производится с помощью карты селективности.

2. Быстродействие – время срабатывания t

СЗ

защиты на отключающий

коммутационный аппарат при возникновении повреждения должно быть наименьшим.

Очень часто для обеспечения селективности приходится искусственно увеличивать время

срабатывания защиты, которое называется выдержкой времени. Время отключения КЗ

складывается из собственного времени работы защиты и времени отключения

коммутационного аппарата.

3. Чувствительность – способность защиты срабатывать при повреждении в зоне

действия и минимальном режиме работы системы c необходимым запасом.

Чувствительность оценивается коэффициентом чувствительности k

и находится как:

― отношение параметра КЗ в минимальном режиме работы системы к параметру

срабатывания (для защит максимального действия – токовая, напряжения нулевой или

обратной последовательности и др.);

― отношение параметра срабатывания к параметру КЗ в минимальном режиме

работы системы (для защит минимального действия – напряжения, дистанционная и др.).

4. Надежность – способность защиты безотказно срабатывать при возникновении

повреждения в зоне действия, не срабатывать при повреждении вне зоны действия и не

срабатывать при отсутствии повреждения. При рассмотрении вопроса надежности

конкретного устройства защиты необходимо учитывать не только аппаратную надежность

всех элементов устройства, но и надежность правильного расчета уставок, их

выставления, высококвалифицированного обслуживания (поверка, ремонт, настройка и

т.д.). К требованию надежности относятся понятия: защитоспособность, безотказность,

долговечность, ремонтопригодность, надежность функционирования, эффективность

функционирования, устойчивость функционирования, функциональная диагностика,

тестовая диагностика и т.д.

2. Защиты с относительной и абсолютной селективностью. Ближнее и дальнее

резервирование защит.

По избирательности защиты классифицируются:

― на защиты с абсолютной селективностью, у которых зона действия не зависит от

режима работы системы и определяется местами установки трансформаторов тока

(продольные дифференциальные защиты);

― защиты с относительной селективностью, у которых зона действия изменяется и

зависит, например, от режима работы системы (отсечка, максимальная токовая защита,

дистанционная и др.);

По выполняемым функциям защиты подразделяются:

― на основные – защиты, которые срабатывают с наименьшим временем и реагируют на

повреждения вдоль всей зоны защищаемой электроустановки или ее части и ни при

каких обстоятельствах не срабатывают при повреждении на смежном участке (I

ступень - отсечка, дифференциальная защита);

― резервные ― защиты, которые реагируют при повреждении на всей защищаемой

электроустановке и дублируют основную защиту (ближнее резервирование), а также

способны срабатывать при повреждении на смежном участке и дублируют основную

защиту смежного участка (дальнее резервирование). К резервным защитам относятся

все II и III ступени.

3. Схемы соединения трансформаторов тока (ТТ) и реле. ТТ в установившихся и

переходных режимах.

Соединение ТТ «на

разность фаз»

используется в сетях с

изолированной

нейтралью с U≤35 кВ

для защиты ЭД

Схема соединения ТТ в

«треугольник»

используется в сетях с

U≥110 кВ для

дифзащиты

трансформатора

Схема соединения ТТ в

«неполную звезду»

используется

исключительно в сетях с

изолированной

нейтралью U≤35 кВ

Схема соединения ТТ в

«звезду» используется в

сетях с заземленной

нейтралью с U≥110 кВ

100

IkI

1T2

⋅

−

, где k

Максимальное значение токовой погрешности, измеряемое в [%]

–

коэффициент трансформации ТТ, I

и I

– первичный и вторичный токи ТТ.

При близких коротких замыканиях ток КЗ

может достигать кратностей – до (30…50)⋅I

ном

(редко до 100⋅I

ном

), тогда ТТ насыщается и

вторичный ток несинусоидален.

Естественно, это нужно учитывать при

таких больших искажениях сигнала при

проектировании и расчете уставок РЗ.

Погрешность такого режима необходимо

оценивается интегральным показателем,

которым называется полной погрешность,

(измеряется в [%]):

()

∫

−=

1T2

dtiki

100

где T – период промышленной частоты, i

и i

– мгновенные значения первичного и

вторичного токов ТТ.

Диаграмма токов насыщенного ТТ

Угловая погрешность – угол

между векторами I

и I

, измеряемый в [град] или [мин].

4. Фильтры симметричных составляющих (ФСС) тока и напряжения.

ФСС – необходимы для выделения аварийных составляющих процессов. Происходящих в

электроэнергетических процессов.

Трехтрансформаторный и однотрансформаторный

фильтр тока нулевой последовательности (ФТНП)

Фильтр тока обратной последовательности (ФТОП)

Фильтр напряжения нулевой последовательности

(ФННП)

Фильтр напряжения обратной последовательности

(ФНОП)

Фильтры ФНПП и ФТПП делаются из ФНОП и ФТОП, соответственно, поменяв подключение двух любых

фаз.

5. Источники оперативного тока для РЗА.

Назначение источников оперативного питания

• Питание электромагнитов отключения выключателей и устройств РЗА (ШУ-шинки управления);

• Питание электромагнитов включения выключателей (ШВ-шинки включения);

• Питание устройств сигнализации (ШС-шинки сигнализации);

• Питание аварийного освещения и другого ответственного оборудования собственных нужд.

Виды источников оперативного питания

Оперативное питание постоянным током от аккумуляторных батарей (на ЭС и ПС напряжением U=110

кВ и выше)

- Комбинированные схемы оперативного питания переменным током от трансформатора собственных

нужд, трансформаторов напряжения и тока, с выпрямлением;

- Оперативное питание переменным током от трансформатора собственных нужд, трансформаторов

напряжения и тока;

- Комбинированные схемы оперативного питания переменным током от трансформатора собственных

нужд, трансформаторов напряжения и тока, с выпрямлением и использованием предварительно заряженного

конденсатора;

6. Классификация реле и общие принципы их построения.

По временным характеристикам реле (защиты) подразделяются:

― на защиты с независимой характеристикой (ступенчатой), время срабатывания которых не зависит от

величины тока;

― защиты с зависимой или времязависимой характеристикой (плавной), время срабатывания которых

зависит от величины тока;

― защиты с комбинированной характеристикой (ступенчато-плавной).

По методам воздействия на выключатель различаются следующие токовые защиты:

― с первичным реле тока прямого действия. У этих защит первичный ток электроустановки проходит по

обмотке реле, а его якорь воздействует на расцепитель выключателя;

― с вторичным реле тока прямого действия. У этих защит вторичный ток трансформатора тока проходит по

обмотке реле, а его якорь воздействует на расцепитель выключателя;

― с вторичным реле тока косвенного действия. У этих защит вторичный ток трансформатора тока

проходит по обмотке реле, а его якорь замыкает контакты, и собирается цепь для воздействия на катушку

отключения выключателя.

В связи с отсутствием надежных и дешевых

протяженных каналов связи исторически

сложилось, что устройства РЗ проектируются и

устанавливаются на каждом объекте автономно.

Чтобы повысить надежность устройств РЗ, они

выполняются многоступенчатыми. Причем каждая

последующая ступень более чувствительна, имеет

большее время срабатывания и резервирует

предыдущие.

Рассмотрим универсальную структурную

схему многоступенчатой защиты на примере

токовой, изображенной на рисунке 1.2, где KA1,

KA2, KA3 и KA4 – токовые измерительные органы

(реле тока); KT1, KT2, KT3 и KT4 – органы

задержки (реле времени); KH1, KH2, KH3 и KH4 –

индикаторы срабатывания ступеней (указательные

реле), TA1– измерительный трансформатор тока;

Q1 – выключатель; К1 – точка КЗ в конце

защищаемого объекта. В общем случае РЗ имеет

четыре ступени, чаще две или три, в зависимости от

ответственности защищаемого объекта и

чувствительности ступеней защит.

Логическая формула [1] такой

многоступенчатой защиты

III

DIDIDIDIy

↑↑↑↑

+++=

где y – выходной сигнал защиты; I – сигнал от

токовых измерительных органов защиты; D –

оператор временной задержки; I, II, III, IV –

верхние индексы, обозначающие номер ступени; 1,

2, 3, 4 – нижние индексы, соответствующие им

параметры срабатывания.

Структурная схема многоступенчатой РЗ

7. Токовые отсечки без выдержки и с выдержкой времени для защиты ЛЭП.

Максимальная токовая защита ЛЭП.

Первая ступень токовой защиты (токовая

отсечка без выдержки времени)

Защита отстраивается от максимального

тока короткого замыкания вконце

защищаемой линии , где

MAX,1КОТС

А,I

З,С

IkI ≥

I,А

С,З

― ток срабатывания защиты первой

ступени на подстанции А; I

К1,МАХ

―

максимальный ток короткого замыкания в

точке К1; k

ОТС

― коэффициент отстройки,

включает погрешность ТТ, погрешность реле,

ошибку персонала и некоторые другие

факторы; k

ОТС

= 1,2…1,5.

Ток срабатывания защиты I

С,З

― это

первичный ток в линии, при котором

происходит отключение Q1. Ток срабатывания

реле I

С,Р

― это ток во вторичной обмотке ТТ,

при котором реле подает сигнал на

отключение Q1 -

З,CСХ

Р,С

I =

где k ― коэффициент трансформации ТТ.

Время срабатывания .

A,I

З,С

A,I

З,C

MIN,2К

≥=

Коэффициентом чувствительности

Вторая ступень токовой защиты

(токовая отсечка с выдержкой времени)

Защита отстраивается от тока

срабатывания первой ступени смежной

линии W2 .

Б,I

З,СОТС

A,II

З,С

IkI ≥

Время срабатывания второй ступени

обычно принимается

с, причем это время

одинаково для вторых ступеней всех

линий.

5,05,00t

З,С

=+=

Коэффициент чувствительности

5,1

А,II

З,С

MIN,.1K

≥=

Максимальная токовая защита ―

самая чувствительная ступень из

токовых защит, поэтому она должна

быть

MAX,Р

CЗПОТС

А,III

З,С

I ⋅≥

Время срабатывания третьей

ступени должно быть больше времени срабатывания третьей ступени смежной линии ,

где ― время срабатывания третьей ступени защиты подстанции А; ― время срабатывания

третьей ступени защиты подстанции Б;

t – ступень селективности, обычно

t = 0,5 с.

ttt

Б,III

З,С

А,III

З,С

+≥

Б,III

З,С

А,III

З,С

А,III

З,C

MIN,1К

≥=

Чувствительность защиты для зоны ближнего резервирования

и для зоны

дальнего резервирования

2,1

А,III

З,C

MIN,3К

≥=

8. Токовые направленные защиты ЛЭП.

На линиях с двухсторонним питанием или кольцевых часто невозможно согласовать токовые защиты

между собой.

Линия с двухсторонним питанием

В нормальных и аварийных режимах мощность через защиту может иметь различное направление.

Например, при КЗ в точке К2 трудно согласовать между собой защиты РЗ2 и РЗ3. Если РЗ2 сработает

раньше РЗ3, то будут отключены потребители подстанции Б. Аналогичная ситуация с защитами РЗ4 и РЗ5.

Чтобы защиты РЗ2, РЗ3 и РЗ4, РЗ5 не согласовывать между собой, необходимо разделить их

действия. Это можно сделать, если блокировать защиту при протекании мощности от линии к шинам и

разрешать отключать при протекании мощности от шин в линию.

Направления действия защит на линии с двухсторонним питанием

Если направление мощности, протекаемой через защиту, совпадает с направлением действия защиты,

то защита действует на отключение. При КЗ в точке К2 сработают защиты РЗ3 и РЗ4, а если откажет одна из

них, то должна сработать РЗ1 или РЗ6 соответственно. Защиты РЗ2 и РЗ5 будут заблокированы, так как

направления действия защит не совпадают с направлением протекающей через них мощности.

Направление мощности в релейной защите определяют с помощью специального реле, называемого «реле

направления мощности». К реле подводятся две электрические величины ― ток и напряжение.

Реле направления мощности включаются на ток (от трансформатора тока)

и напряжение (от трансформатора напряжения).

9. Токовые и токовые направленные защиты нулевой последовательности в сетях с

заземленной нейтралью ЛЭП.

В сетях с заземленной нейтралью (110 кВ и выше) при однофазном и двухфазном КЗ на землю

присутствуют аварийные составляющие нулевой последовательности тока и напряжения. Их использование

лежит в основе построения защиты нулевой последовательности. К достоинствам защиты следует отнести

следующие:

― токи КЗ более резко спадают у нулевой последовательности (рис. 3.9), чем у прямой (сопротивление

нулевой последовательности для ЛЭП в среднем в три раза больше чем сопротивление прямой

последовательности

≈ 3X

), защищаемая зона вследствие этого больше, чем у обычной токовой защиты;

― третью ступень не надо отстраивать от рабочих токов;

― уменьшение выдержек времени последних ступеней;

― необходимо в три раза меньше измерительных реле;

― отсутствие мертвых зон у ОНМ при близких КЗ.

Недостатки защиты:

― защиты не реагируют на токи трехфазного и двухфазного КЗ;

― необходимо отстраивать или блокировать защиты при неполнофазном режиме работы;

― необходимо отстраивать защиты от броска тока намагничивания силовых трансформаторов.

Первая ступень токовой защиты нулевой последовательности

Ток срабатывания первой ступени защиты отстраивается:

― от максимального

I тока КЗ в конце защищаемой линии и рассчитывается по выражению:

0,К1,МАХ

MAX,1К,0ОТС

А,I

З,С,0

I3kI ≥

― тока

0,НЕП

кратковременного неполнофазного режима, возникающего при неполнофазном включении фаз

выключателя

НЕП,0ОТС

А,I

З,С,0

I3kI ≥

Время срабатывания защиты

A,I

З,С,0

Вторая ступень токовой защиты нулевой последовательности

Ток срабатывания второй ступени защиты отстраивается:

― от тока

I,Б

первой ступени защиты предыдущей линии

0,С,З

Б,I

З,С,0ТОКОТС

А,II

З,С,0

IkkI ≥

― утроенного тока

0,НЕП

нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при

длительном неполнофазном режиме на предыдущей линии

НЕП,0ОТС

А,II

З,С,0

I3kI ≥

Время срабатывания второй ступени защиты принимается обычно не более

II,А

0,С,З

= 1…1,5 c.

Третья ступень токовой защиты нулевой последовательности

Ток срабатывания третьей ступени защиты отстраивается от тока

НБ,П,РАСЧ

небаланса при трехфазном

КЗ за трансформаторами подстанции противоположных концов участков:

РАСЧ,П,НБ

ОТС

А,III

З,С,0

I ⋅≥

Время срабатывания третьей ступени должно быть больше времени срабатывания третьей ступени

предыдущей линии:

ttt

Б.III

З,С,0

А.III

З,С,0

+≥

где ― время срабатывания третьей ступени защиты (рис. 3.3) подстанции А, ― время

срабатывания третьей ступени защиты подстанции Б;

t ― ступень селективности, обычно

t = 0,5 с.

А.III

З,С,0

Б.III

З,С,0

Иногда на линиях устанавливают четыре ступени токовой защиты нулевой последовательности.

Четвертая ступень рассчитывается по формуле (3.23), а токи срабатывания второй и третьей ступеней

согласуются с первой и должны быть меньше ее.